Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1984 года по МПК G05B19/40 

t1 Изобретение относится к автомати ке и может быть использовано в системах автоматического регулирования в цифровых шаговых приводах. Известно устройство для управления шаговым двигателем, содержащее три триггера с подключенными к их ин формационным входам элементами 2 И- 3 ШШ-НЕ, соединенных взаимными перекрестными связями и подклю.ченных тактируемыми входами к тактовой шине, три шины задания режима работы, связанные с входами элементов 2И-ЗИЛИ-НЕ и узел установки исходного состояния триггеров, который содержит элемент 4И-НЕ и инвертор, связанный своим входом с тактовой шиной, а выходом - с входом элемента 4И-НЕ, подключенного остальными своими входами к нулевым выходам все триггеров, а выходом - к единичному входу одного из триггеров CU Недостатком известного устройства является ограниченность применения, так как оно обеспечивает автоматическую установку требуемых состояний триггеров при сбоях только для трехфазного распред.елителя импульсов, уп равляющего трехфазным шаговым двигателем. В данном устройстве нельзя ре ализовать автоматическое восстановление режима коммутации при числе фаз более трех, т.е. вал двигателя может повернуться через одно или несколько положений в неопределенном направлении. Кроме того, при сбоях, в распределителе импульсов устройство обеспечивает исключение только двух состояний триггеров 000 и 111. При числе фаз более трех могут возникнут и другие избыточные состояния, которые известное устройство не устраняет. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления шаговым двигателем, содержащее форми рователь импульсов, элемент задержки генератор импульсов и коммутатор, вы ходом связанный с шаговым двигателем вал которого механически связан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора,причем входы формирователя импульсов и первого элемента задержки соединены с шиной питания, а выход последнего с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора С23. 2 Недостатками указанного устройства являются недостаточная надежность и невысокая точность при работе в условиях помех, вызывающих сбой в работе шагового двигателя. Цель изобретения - повьш1ение надежности и точности устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления шаroBbiM двигателем введены блок индикации, триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, инвертор, первый и второй элементы 2И-2Ш1И-НЁ, выходы которых подключены к счетным входам коммутатора и к первым входам триггера знака, первые входы - соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы - к выходу первого элемента ИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входы - соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака, а четвертые входы - к выходу второго элемента Ник первому входу блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, с первым входом второго элемента КПИ и через третий элемент задержки - с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов и к третьему входу блока индикации, причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход - с первым входом второго элемента И и через четвертый элемент задержки - с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым входом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляющим входом коммутатора, а вход инвертора - с знаковым входом устройства. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит коммутатор 1, шаговьй двигатель 2, датчик 3 положения, формирователь 4 импульсов, первый элемент 5 задержки, генератор 6 импульсов, блок 7 индикации, триггер 8 знака, первый и второй элемен310ты 2И-2ИЛИ-НЕ 9 и 10, инвертор 11, триггер 12, первый и второй элементы ИЛИ 13 и 14, -второй, третий и чет вертый элементы задержки 15, 16 и 17 первый и второй элементы И 18 и 19. Устройство работает следующим образом. При включении питания формирователь 4 импульсов от перепада напряжения питания формирует импульс запи си, который через элемент ИЛИ 14 поступает на вход предварительной запи си коммутатора 1 и производит запись в него кода, поступающего с выходов датчика 3 положения. Триггер 12 устанавливается в произвольное положение. Через определенное время после импульса записи на выходе элемента 5 задержки появляется- сигнал разрешения, который поступает на управляющий вход коммутатора 1. С выхода коммутатора 1 код, преобразованный в фазовый сигнал, поступает на обмотки шагового двигателя 2, подтверждая положение его оси. Одновременно потенциал разрешения поступает на вход управления генератора 6 импульсов и запускает его. Тактовый импульс с выхода генератора 6 импульсов, пройдя элемент ИЛИ 13, поступает на вторые входы элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 9 и 10, проходит через один из них, подготовленный по первому входу сигналом со знакового входа устройства на обратный или прямой счетный вход коммутатора 1. Ось шагового двигателя начнет движение с положения, на котором двигатель остановился при выключении питания. Одновременно тактовый импульс с выхода элемента ИЛИ 13 поступает на вход элемента 15 задержки и на еди.ничный вкод триггера 12. Триггер 12 устанавливается в единичное положение, подготавливает по одному входу элемент И 18 и запирает элемент И 19 При повороте оси шагового двигателя 2 датчик 3 положения формирует код текущего положения оси и синхроимпульс. Код поступает на информационные входы коммутатора, 1 а синхроимпульс - на вход элемента И 19, через который он не проходит, и на вход элемента 17 задержки. Задержанный синхроимпульс поступает с выхода элемента 17 задержки на нулевой вход триггера 12 и устанавливает его в ну левое положение. Сигнал с выхода три гера 12 подготавливает по второму 2 входу элемента И 19 и запирает элемент И 18, через который не проходит импульс, поступающий с выхода элемента 15 задержки, так как-его время задержки превышает величину , где Т - время отработки одного шага шаговым двигателем 2; Т - время задержки элемента 7 задержки, Т, - время переключения триггера 12. Время, на которое элемент 17 задержки задерживает импульс, должно быть равно или больше длительности синхроимпульса и меньше времени отработки одного шага шаговым двигателем 2. При поступлении последующих тактовых импульсов от генератора 6 импульсов процесс работы устройства повторяется как описано выше. Этот режим работы считается основным. При работе в условиях помех возможен сбой шагового двигателя 2, когда при наличии тактового импульса шаговый двигатель 2 не изменяет своего состояния и пропускает такт, или лдожное срабатыв ние, когда при отсутствии тактового импульса шаговый двигатель 2 изменяет свое состояние и делает ложный такт в любом направлении. Рассмотрим режим работы при пропуске такта шаговым двигателем. При поступлении тактового импульса триггер 12 устанавливается в единичное положение, элемент И 19 по одному входу запирается, а элемент И 18 подготавливается. Шаговый двигатель .2 не изменяет своего состояния. На выходе датчика 3 положения синхроимпульс отсутствует. Тактовый импульс, задер- . жанный элементом 15 задержки, поступает на элемент И 18. Импульс с выхода элемента И 18 проходит через элемент ИЛИ 14 на вход предварительной записи коммутатора 1 и производит в него запись кода состояния шагового двигателя 2 с выхода датчика 3 положения. Одновременно импульс с выхода элемента И 18, задержанный элементом 16 задержки на время запийи кода в коммутатор 1, проходит через элемент ИЛИ 13 и, как тактовый импульс, поступает на триггер 12, а также через элемент 2И- ИЛИ-НЕ 9 или 10 на счетный вход коммутатора 1. Если после дополнительного импульса шаговый двигатель 2 изменит свое состояние на один шаг, то на выходе датчика 3 положения сформируется синхроимпульс, который через элемент 17 задержки поступит на вход триггера 12 $10 и установит его в нулевое положение. Далее работа повторяется как при основном режиме работы от генератора 6 импульсов. Если после первого дополнительног тактового импульса состояние шагового двигателя 2 не изменится, то процесс формирования этого импульса повторится, как описано выше. Это будет- продолжаться до тех пор, пока шаговый двигатель 2 не изменит свое состояние или с приходом основного тактового импульса анализатор 7 сбоев не выдаст при заданном критерии соответствующий сигнал управления, например, генератором 6 импульсов ил всем устройством. Теперь рассмотрим работу устройства при ложном срабатывании шагового двигателя 2, когда он дополнительно изменяет свое состояние при отсутствии тактового импульса от генератора 6 импульсов. Пусть со знакового входа устройства поступает сигнал разрешения, следовательно, элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 10 будет подготовлен по первому входу и коммутатор 1 будет работать в режиме прямого счета - сложения. При ложном срабатывании ось шагового двигателя 2 поворачивается дополнительно на один шаг в любом направлении. При этом датчик 3 положения на выходах направления формирует импульсы, согласно которым триггер 8 знака подготавливает по третьему входу один из элементов 2И-2И11И-НЕ 9 или 10. Одновременно датчик 3 положения сформирует ложный синхроимпульс, который пройдет через элемент И 19, подготовленный по второму входу триггером 12 при окончании предьздущего 2 такта, и поступит на третий вход блока 7 индикации и четвертые входы элементов 2И-2ШШ-НЕ 9 и 10. Если ось шагового двигателя 2 повернулась в прямом направлении, то триггер 8 знака подготовит злемент 2И-2ИЛИ-НЕ 9 и ложный импульс с его выхода поступит на обратный счетный вход коммутатора 1 для вычитания. Ось шагового двигателя 2 повернется в обратном направлении на один шаг и восстановит свое положение. Если ось шагового двигателя 2 повернулась в обратном направлении, то триггер знака 8 подготовит элемент 2И-2ИЛИ-НЕ 10, через который ложный импульс поступит на прямой счетный вход коммутатора 1 для сложения Ось шагового двигателя 2 повернется в прямом направлении ird одик шаг и восстановит свое положение. При повторном ложном срабатывании шагового двигателя 2 работа по самовосстановлению повторится как описано выше. Одновременно с появлением ложного импульса импульс с выхода элемента И 19 поступает на вход блока 7 индикации. Таким образом, при ложном срабатывании шагового двигателя или пропуске шага автоматически обнаряшвается ошибка и восстанавливается режим коммутации обмоток шагового двигате-. ля, а его ось устанавливается в заданное положение. Этим повышается точность и надежность функционирования, что обуславливает получение ouj ределенного технико-экономического эффекта в случае применения предлагаемого устройства для управления шаговым двигателем.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ и1АГОШ 1М ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее формирователь импульсов, первый элемент задержки, генератор импульсов и коммутатор, выходом связанный с шаговым двигателем, вал которого механически связан с датчиком положения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора, причем входы формирователя импульсов и первого элемента задержки соединень1 с шиной питания, а выход последнего - с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, о тличающееся тем, что, с целью повышения его надежности и точности, в него введены блок индикации, триггер знака, второй, третий и четвертый элементы задержки, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, инвертор, первый и второй элементы 2И-2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к счетным входам кЪммутатора и к первым входам триггера знака,,первые входы - соответственно к выходу и входу инвертора, вторые входы - к выходу первого элемента , ИЛИ, к входу второго элемента задержки и к первому входу триггера, третьи входа - соответственно к инверсному и прямому выходам триггера знака, а четвертые входы - к выходу второго элемента И и к первому входу ,. блока индикации, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, с первым входом второго элемента ИЛИ и через третий элемент задержки - с первым входом первого, элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импуль- сов и к третьему входу блока индикации, причем знаковые выходы датчика положения соединены с вторыми входами триггера знака, а синхронизирующий выход - с первым входом второго элеS мента И и через четвертый элемент задержки - с вторым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно с первым входом первого элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго элемента задержки и с вторым вхоND ND дом второго элемента И, выход формирователя импульсов соединен с вторым .входом второго элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым управляю)цим входом коммутатора, а вход инвертора - с знаковым входом устройства.